鋼閘門焊接變形原因分析及解決方法

衡杰

（中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830）

1.前言

目前，在我國水利建設項目工程中，鋼閘門已成為水工建筑物的主要成份之一，由于鋼閘門是由鋼板、型鋼、封水裝置、支承裝置、起吊裝置等組合而成的水工金屬結構，在制作焊接過程中易產生不同程度的變形，如操作不規范，方法不當，常常使閘門的變形超出規范要求，影響使用。如何才能有效的控制焊接變形減少到最低程度，提高閘門的質量，是工程技術人員共同探討的話題。

2.存在問題

以某套閘為例，從對閘門的檢測情況來看，閘門面板整體較平直，但局部變形較大，不盡人意。規范要求：板厚δ≤10mm則允許局部變形應≤6mm,而10mm<δ≤16mm的板,局部變形應不大于5mm。然而現場檢測時發現,門體面板的不平度局部達到8mm左右,呈波浪形,見圖（1）。這樣不但影響了閘門的整體美觀，而且也影響了其止水功能，目前的施工工藝，往往都經過幾次噴火整平，既延長了制作周期，甚至會降低結構的承載能力。

圖1 鋼閘門面板變形

3.原因分析

3.1.焊接變形。閘門面板不平順，局部超標的原因，我們認為主要是由焊接變形引起的。焊接是一種局部加熱的工藝過程。焊接時，在焊接區附近產生不均勻的溫度場，工件因溫度升高而膨脹，繼而冷卻產生收縮。這種變化，由于接頭附近復雜的約束力，在大多數情況下，不能隨著溫度的變化而自由膨脹和收縮。因此，在焊后冷卻過程中，因焊接加熱到壓縮塑性變形部位，由于不能自由收縮而受到拉伸，這樣在工件內部產生不均勻的內應力，使工件產生焊接殘余應力和焊接變形。這種在焊接熱循環過程中，焊接區附近的母材產生塑性變化是產生焊接殘余應力和焊接變形的主要原因。另外，在熔化金屬凝固時，母材的熱膨脹產生收縮和塑性應變，也是形成焊接殘余應力和焊接變形的原因。

焊接殘余應力和焊接變形的大小，一方面取決于材料的線膨脹系數、屈服極限、比熱和密度等材料性質，另一方面還取決于工件的形狀、尺寸和焊接工藝。由此可見，閘門面板的質量控制，也就是焊接變形的質量控制。鋼閘門構件焊接以后，一般都會發生變形，形態非常復雜，焊接變形不僅影響結構的尺寸精度和外觀，而且會降低結構的承載能力。

3.2.焊接變形類型。焊接變形大致可分為下列幾種：縱向變形、橫向變形、回轉變形、彎曲變形、角變形、波浪變形和扭曲變形。我們認為造成閘門面板變形的主要是彎曲變形和角變形。

3.2.1.彎曲變形。當焊縫不在構件截面中性軸上時，無論是縱向收縮，還是橫向收縮，都會引起彎曲變形，見圖（2）。

圖2 彎曲變形

3.2.2.角變形。對接焊縫和角接T型焊縫都可能產生角變形。它是由橫向收縮變形在厚度方向上的不均勻分布引起的。對接接頭的角變形與坡口角度、焊接工藝等因素密切相關。坡口角度越大，角變形越大。角接接頭的角變形與焊縫的焊角高度和板厚有關。焊角高度越大，角變形越大，因此，控制焊角高度大為重要。角變形見圖（3）。

圖3 角變形

4.解決方法

4.1.設計措施

1)選用合理的焊縫尺寸和形狀。在保證結構強度的前提下，盡量采用小的焊縫尺寸。

2）盡可能地減少焊縫的數量，以減小焊接變形。

3）合理地安排焊縫位置。只要結構上允許#應盡可能使焊縫對稱于構件截面的中性軸或接近中性軸。

4.2.工藝措施

4.2.1.剛性固定法。剛性固定法就是將構件加以固定來限制焊接變形。見圖（4）。

4.2.2.反變形法。它是生產中最常用的方法，在裝配時給予一個相反的變形，使之與焊接變形相抵消，焊后的構件能保持設計的要求。反變形的大小，一般根據經驗或試驗來確定。

4.2.3.改進焊接方法。選用熱源比較集中的焊接方法可以減少焊接變形。例如采用CO2氣保焊來代替手工電弧焊,可以減少變形。選擇合理的焊接順序不僅能減少焊接變形，而且能減少焊接內應力。焊接順序遵循的原則是先焊對接縫，后焊角接縫。見圖5。

圖4 剛性固定法

閘門拼裝合攏縫的焊接順序

圖5 焊接順序(按圖中數字順序)

結語。在鋼閘門制造焊接過程中，由于鋼材的特殊性能，易產生不同程度變形，這就需要技術人員在制作鋼閘門焊接過程中，按照規范要求選擇合理的焊接方法，使焊接變形降低到最低范圍，從而使閘門的質量達到預期的理想效果。

[1]徐海娜.平面鋼閘門焊接變形的控制.焊接技術，2006.05.

[2]周海泉.淺談平面鋼閘門制造工藝焊接變形的控制方法.江西水利科技，2005.03.